CN1589991A - 一种铝锆碳－氮化硼复合侧封板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝锆碳－氮化硼复合侧封板，其组分为(重量百分比)：刚玉40－70％、锆莫来石15－30％、α－Al2O3微粉5－10％、碳素材料3－12％、六方氮化硼5－15％、金属硅粉2－5％、粘结剂5－15％。其制造方法是，先按上述配比将氮化硼粉体与刚玉粉体在乙醇溶液中进行分散浸渍混合处理；混合物再经干燥，得到氮化硼混合粉体；不同粒级的刚玉、锆莫来石、氧化锆、碳素原料和氮化硼混合粉体原料和抗氧化剂按配比搅拌预混合；以酚醛树脂为结合剂，将混合料进行混合造粒，混合料经干燥后模压成型。本发明的复合侧封板强度适中、与结晶辊摩擦相适应，并简化氮化硼材料的使用方法，制造热震稳定性好、材料硬度适中、耐熔钢侵蚀性佳。
Description
技术领域
本发明属无机非金属材料学科、高温工程陶瓷领域。
背景技术
双辊薄带连铸是一种近终近连铸工艺。薄带连铸机由两个相向旋转的水冷辊与一对侧封板组成熔池，用浸入式水口向熔池内注钢水，钢水在二辊的表面凝固，凝固坯壳由两水冷辊压合直接形成带坯；侧封工艺和侧封板是薄带连铸的核心技术之一。薄带连铸工艺要求侧封板高温陶瓷耐火材料具有优良的综合性能，必须满足以下要求：
(1)具有良好热震稳定性，热变形量小。
(2)高温下良好的力学性能强度、韧性。
(3)耐熔钢侵蚀性强。
(4)良好的绝热性能，与钢水浸润性差。
(5)材料具有适宜的抗耐磨性能。
在中国专利91107479.1的说明书中，发明人提供了一种由两层复合材料构成的侧封板，其基层是导热系数低、又有一定强度的粘土质、熔融石英质及轻质高铝层耐火材料，面层是厚度为0.5-3mm的高致密的玻璃陶瓷或搪瓷。这种做法着眼解决了材料在钢水、双辊和侧封板三结合区域的熔钢冷块问题，但面层高致密的玻璃陶瓷或搪瓷硬度太高，极易使双辊端面的铜板磨损，从而影响双辊的使用寿命。
中国专利98229485.9的实用新型专利中，提到所使用侧封板材料为氮化硼。但单一氮化硼材料硬度低，尤其是在高温条件下氮化硼易于氧化，因此单一使用氮化硼效果并不理想。
中国专利95194684.6发明了一种薄带连铸机用侧面。该侧面包括一个金属架和一个非金属材料板。该非金属材料板由两部分组成，一部分为与双辊接触的磨擦区域，另一部分为与熔钢接触的中央区域。其磨擦区域由一种至少含有15％的氮化硼材料组成。且磨擦区域由好几个相拼接的元件组成。熔钢区域最好为碳结合的陶瓷。这一专利仅保护侧封板的结构设计，对侧封板材料未提及。
中国专利CN1091116A公布了一种锆刚玉莫来石氮化硼复合材料，其目的是通过锆刚玉莫来石材料和氮化硼材料的综合韧化和强化，得到一种分别以锆刚玉为基料与氮化硼复合和以氮化硼为基料与锆刚玉莫来石复合的两种复合材料。其特征为上述原料直接混均后进行高温烧结，这种直接以陶瓷为结合相的复合材料合成温度太高，难以制备。
发明内容
本发明的目的提供一种铝锆碳-氮化硼复合侧封板及其制造方法，该复合侧封板强度适中、与结晶辊摩擦相适应，并简化氮化硼材料的使用方法，且制造热震稳定性好、材料硬度适中、耐熔钢侵蚀性佳。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种铝锆碳-氮化硼复合侧封板，其组分为(重量百分比)：
刚玉 40-70％
锆莫来石 15-30％
α-Al2O3微粉 5-10％
碳素材料 3-12％
六方氮化硼 5-15％
金属硅粉(外加) 2-5％
粘结剂(外加) 5-15％
抗氧化剂(外加) 1-5％。
一种铝锆碳-氮化硼复合侧封板，其组分为(重量百分比)：
刚玉 50-60％
锆莫来石 10-20％
α-Al2O3微粉 5-10％
碳素材料 5-10％
六方氮化硼 6-15％
金属硅粉(外加) 2-5％
粘结剂(外加) 5-15％
抗氧化剂(外加) 1-5％。
其中，所述的粘结剂为酚醛树脂或沥青等含碳粘结剂。
所述的抗氧化剂为金属铝粉、碳化硅和碳化硼中的一种或一种以上的组合。
又，刚玉与锆莫来石的优选比例为2∶1～4∶1；由于侧封板材料一面与钢水接触，温度为1500℃左右，另一面为常温环境，材料所承受的温度梯度为50℃/mm。较一般耐火材料承受的温度梯度高5-8倍；为保证复合侧封板材料具有足够的热震稳定性，引入一定比例的锆莫来石材料，以提高复合材料的热震稳定性。
所述的氮化硼的优选加入量为5-15％。
本发明的侧封板的临界粒度范围为0.5-1.0mm；
常规铝锆碳材料的临界粒度为3mm或5mm。试验结果表明：当本发明的材料的临界粒度增至3mm时，侧封板与结晶辊端面摩损指数为100％，当材料的临界粒度降至1mm时，侧封板与结晶辊端面摩擦指数为53％，当材料的临界粒度降至0.5mm时，侧封板与结晶辊端面摩擦指数为47％。由于侧封板与连铸结晶辊端面是一种动态密封，为防止侧封板摩擦结晶辊端面，复合材料的临界粒度不宜太大，最佳临界粒度范围为0.5-1.0mm。为解决临界粒度小，混合料成型时易开裂等工艺问题，本发明中将混合料进行混合造粒，以满足侧封板成型时不层裂的工艺要求。
本发明的铝锆碳-氮化硼复合侧封板的制造方法，包括如下步骤，
a.先按上述配比将氮化硼粉体和配方中的脊性粉料如刚玉或α-Al2O3粉体在乙醇或乙二醇溶液中进行分散浸渍混合处理；
b.混合物再经过干燥，得到分散性良好的氮化硼混合粉体；
c.不同粒级的氧化铝(刚玉)、锆莫来石、氧化锆、碳素原料和氮化硼混合粉体原料和抗氧化剂按配比在螺旋搅拌机中预混合，做为混合料备用；
d.以酚醛树脂或沥青或其它含碳粘结剂为结合剂，将混合料置入造粒机中进行混合造粒；
e.不同粒级的混合料经干燥后，模压成型；
其中，成型好的侧封板于燥后，在还原气氛中烧成，烧成后的侧封板经油浸热处理后，进行表面研磨和尺寸加工，干燥后成品装箱。
且，按侧封板不同的使用区域，配比分为摩擦区和非摩擦区。在摩擦区中铝锆碳-氮化硼复合侧封板材料中的氮化硼优选加入量为15％，非摩擦区氮化硼优选加入量为5％。
氮化硼为共价键化合物，无明显的熔点。它不仅是热的良导体，还是电的绝缘体。氮化硼材料有一个非常可贵的性能，它能被机械加工，精度达百分之一毫米，这在非金属材料中是不多见的。在铝锆碳材料中加入氮化硼，改善了材料的高温力学性能和机械加工性能。由于氮化硼粉未在常温条件下极易团聚，难分散，常压烧结也难以致密。
本发明的有益效果：本发明以预混合的方式直接使用氮化硼，将其视着碳素原料如石墨一样，从碳复合耐火材料的角度来使用氮化硼，用来制造器件如侧封板等。复合侧封板强度适中、与结晶辊摩擦相适应，并简化氮化硼材料的使用方法，克服了氮化硼粉未在常温条件下极易团聚，难分散，常压烧结也难以致密的难题。且通过将混合料进行混合造粒，解决了复合材料临界粒度小，混合料成型时易开裂等工艺问题，满足了侧封板成型时不层裂的工艺要求；另外，制造热震稳定性好、材料硬度适中、耐熔钢侵蚀性佳。
附图说明
图1侧封板材料临界粒度与摩损指数的示意图。
具体实施方式
具体实施例的配比见表1。
按配比要求先将氮化硼粉体和粉状刚玉或α-Al2O3粉体在乙醇或乙二醇溶液中进行分散浸渍处理；再经过干燥床在50-70℃干燥后得到分散性良好的氮化硼粉体，备用；按配比将不同粒级的氧化铝(刚玉)、锆莫来石、氧化锆原料、碳素原料和氮化硼原料和抗氧化剂在螺旋搅拌机中预混合5-15分钟，做为混合料备用；以酚醛树脂或沥青或其它含碳粘结剂为结合剂，加入量10％；将混合料和结合剂置入碾泥造粒机中进行混合造粒10-20分钟；不同粒级的混合料睏料后，再经低于110℃温度下干燥，装入模具或模套内用机压或等静压方式成型，成型压力为150-200Mpa；成型好的侧封板在还原气氛中于1200-1400℃烧成、烧成后的侧封板经油浸热处理后，进行表面研磨，干燥后成品装箱。
表1
| 组分(重量百分比) | |||||||
| 刚玉 | 锆莫来石 | α-Al2O3微粉 | 碳素材料 | 六方氮化硼 | 金属硅粉 | 酚醛树脂 | |
| 实施例1 | 50％ | 25％ | 10％ | 10％ | 5％ | 5％ | 10％ |
| 实施例2 | 55％ | 15％ | 10％ | 10％ | 10％ | 5％ | 10％ |
| 实施例3 | 60％ | 15％ | 5％ | 5％ | 15％ | 5％ | 10％ |
按上述配比制做的侧封板材料指标见表2：
表2
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | ||||
| 物理指标 | 常温 | 热态1400℃*0.5小时 | 常温 | 热态1400℃*0.5小时 | 常温 | 热态1400℃*0.5小时 |
| 抗折强度，MPa | 13.6 | 9.2 | 12.0 | 7.5 | 12.6 | 8.0 |
| 耐压强度，MPa | 70 | 70 | 70 | |||
| 麿损指数，％ | 52％(400℃) | 48％(400℃) | 47％(400℃) | |||
直接使用氮化硼粉体原料的技术难点是解决氮化硼粉体的分散性困难、烧结致密困难等技术问题。本发明将氮化硼粉体和粉状刚玉或α-Al2O3粉体按材料配比要求，在乙醇或乙二醇溶液中一同进行分散浸渍处理，再经过干燥床在50-70℃干燥后得到分散性良好的氮化硼粉体。本发明中改变氮化硼材料的使用理念，将其作为铝碳材料中的石墨来对待，作为石墨的补充。
Claims (10)
1.一种铝锆碳-氮化硼复合侧封板，其组分为(重量百分比)：
刚玉 40-70％
锆莫来石 15-30％
α-Al2O3微粉 5-10％
碳素材料 3-12％
六方氮化硼 5-15％
金属硅粉(外加) 2-5％
粘结剂(外加) 5-15％
抗氧化剂(外加) 1-5％。
2.一种铝锆碳-氮化硼复合侧封板，其组分为(重量百分比)：
刚玉 50-60％
锆莫来石 10-20％
α-Al2O3微粉 5-10％
碳素材料 5-10％
六方氮化硼 6-15％
金属硅粉(外加) 2-5％
粘结剂(外加) 5-15％
抗氧化剂(外加) 1-5％。
3.如权利要求1或2所述的铝锆碳-氮化硼复合侧封板，其特征是，所述的粘结剂为酚醛树脂或沥青等含碳粘结剂。
4.如权利要求1所述的铝锆碳-氮化硼复合侧封板，其特征是，所述的抗氧化剂为金属铝粉、碳化硅和碳化硼中的一种或一种以上的组合。
5.如权利要求1所述的铝锆碳-氮化硼复合侧封板，其特征是，其中刚玉与锆莫来石的优选比例为2∶1～4∶1。
6.如权利要求1所述的铝锆碳-氮化硼复合侧封板，其特征是，所述的氮化硼的优选加入量为5-15％。
7.如权利要求1所述的铝锆碳-氮化硼复合侧封板，其特征是，侧封板的临界粒度范围为0.5-1.0mm。
8.一种铝锆碳-氮化硼复合侧封板的制造方法，包括如下步骤，
a.先按上述配比将氮化硼粉体和配方中的脊性粉料如刚玉、锆莫来石或α-Al2O3粉体在乙醇或乙二醇溶液中进行分散浸渍混合处理；
b.混合物再经过干燥，得到分散性良好的氮化硼混合粉体；
c.不同粒级的刚玉、锆莫来石、氧化锆、碳素原料和氮化硼混合粉体原料和烧结助剂按配比搅拌预混合，做为混合料备用；
d.以酚醛树脂或沥青或其它含碳粘结剂为结合剂，将混合料置入造粒机中进行混合造粒；
e.不同粒级的混合料经干燥后，模压成型。
9.如权利要求8所述的铝锆碳-氮化硼复合侧封板的制造方法，其特征是，成型好的侧封板干燥后，在还原气氛中烧成，烧成后的侧封板经油浸热处理后，进行表面研磨和尺寸加工，干燥后成品装箱。
10.如权利要求8所述的铝锆碳-氮化硼复合侧封板的制造方法，其特征是，按侧封板不同的使用区域，配比分为摩擦区和非摩擦区；在摩擦区中铝锆碳-氮化硼复合侧封板材料中的氮化硼优选加入量为15％，非摩擦区氮化硼优选加入量为5％。
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